考虑纤维体积含量变化的纤维缠绕厚壁柱形结构的等强度设计

来源：复合材料学报杂志2015年第3期北京时间：

作者：吴杨, 邢静忠, 耿沛, 杨涛,

摘要：纤维缠绕厚壁柱形管道或容器在缠绕张力作用下会使缠绕纤维层的应力状态不断变化, 形成沿壁厚力学性能非均匀的结构。依据缠绕过程中的纤维束应力状态分析和纤维束本构关系, 获得了纤维体积含量与所受应力状态的关系。基于正交各向异性本构关系和双层筒模型的离散叠加法, 建立了给定缠绕张力确定纤维缠绕厚壁柱形结构剩余张力的计算方法, 并计算了等张力缠绕纤维层的纤维体积含量沿壁厚的分布。利用Tsai-Wu失效准则研究了纤维体积含量非均匀的厚壁柱形结构的纤维层强度。研究表明: 缠绕工艺使内层纤维体积含量和强度均略高于外层, 纤维缠绕厚壁柱形结构的强度分析和设计时应考虑这种影响; 利用变化的缠绕张力设计可以实现强度比沿壁厚的均匀分布。

关键词：纤维缠绕, 厚壁容器, 纤维体积含量, 纤维层应力, 失效准则, 强度比,